CN115091142B - 一种工程钢圈零部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车轮毂工程钢圈加工技术领域，尤其涉及一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，包括毛坯下料、预加工、装夹固定、内旋压成形、取下钢圈和表面修整等步骤。本发明的优点是：1）用强度较高的无缝钢管作为原材料，原材料采购没有瓶颈限制。2）有利于实现小批量、多批次生产，满足客户个性化需要。3）开发费用节约。4）冷加工工艺节能环保。5）工程钢圈零部件强度高轻量化，迎合市场发展潮流。6）代替机加车削工艺，减少材料浪费。7）材料表面硬度强化，提高零部件的机械性能。8）没有焊缝，工件安全可靠性更好9）最大限度保证工件表面质量达到轮胎装配要求，旋轮造成的旋纹在工件内侧，不影响轮胎装配使用。
Description
技术领域
本发明涉及汽车轮毂工程钢圈加工技术领域，尤其涉及一种工程钢圈零部件的制造方法。
背景技术
近年来在中国国内装载机和平地机市场发展较快，每年需要的工程钢圈不少于50万套，其中25寸型号的钢圈占比80%左右。由于工程钢圈的个性化需求，每个工厂制造的产品外观形状都有所不同，很难统一标准。作为工程钢圈的零部件制造（如固定座圈、活动座圈、挡圈、挡座圈等）也是各自为战，工艺方法落后，生产效率低下。
为了生产出高质量的工程钢圈的零部件产品，需要统一标准，才有利于提高生产效率，降低成本，同时争取节能环保，实现经济效益和社会效益双丰收。
目前生产工程钢圈的零部件（如固定座圈、活动座圈、挡圈、挡座圈等），多采用的传统制造方法是：热轧型钢，卷圆、焊接、整形，用热轧型钢卷制成型，产品质量可以保证。其缺点是热轧型钢的开发费用高，而生产批量小使成本过高、污染严重，卷曲、精整形设备和模具投入非常高，需要投入整条型钢车轮生产线，综合制造成本非常高。
另一种传统制造方法是：是用比较厚的钢板先卷圆，焊接成圆筒，然后热弯成型，在再用机加的方法车削出沟槽、角度等具体形状，虽然材料成本实现了优化，但后续机加工要浪费大量的原材料，另外机加工的效率极其低下，而且机加工出来的零件强度不好。
专利申请号为201410611837.X的中国发明专利公开了一种内挤外旋压式的钢圈轮辋制作方法，可有效控制深槽轮辋的深凹槽的滚压成形过程中，深凹槽部位的板材各部位的变薄率，从而保证轮辋的强度及刚度的钢圈轮辋制作方法。它依次包括以下步骤：A：由板材圈制钢圈圆筒；B：在滚压成型机中将钢圈圆筒的外侧面中部往内滚压出预定形状的深凹槽；C：将钢圈圆筒的两端由内向外滚压成预定形状的凸缘。由于工程钢圈的个性化需求使其在零部件部分变化较大，这种滚压整体车轮并不经济，特别是工程机械钢圈的中段用钢板卷曲的成本很低，没有必要滚压整体车轮，另外工艺灵活性不足也是其主要缺陷。旋轮在外侧，工件外表面不可避免的会形成粗糙的旋纹，影响轮胎装配。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程钢圈零部件的制造方法，克服热轧钢材和机加工制造方法的不足，对无缝钢管采用内旋压法和机械加工相结合的方法生产工程钢圈上的固定座圈、活动座圈、挡圈、挡座圈等几种零部件，保存材料中完整的金属流线，机械性能优良，工艺灵活度增强，满足工程钢圈的个性化需求，提高零部件制造的效率，节约材料消耗。
本发明为了实现上述目的，采用的技术方案是：
一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，包括毛坯下料、预加工、装夹固定、内旋压成形、取下钢圈和表面修整等步骤，具体操作如下：1）毛坯下料，采用无缝钢管经切割，得到钢圈毛坯，钢管的外径与钢圈成品最小外径处相一致；2）预加工，对钢圈毛坯的底端外径进行预加工，以使钢圈毛坯与分块组合式内旋压模具内径配合定位；3）装夹固定，将钢圈毛坯与内旋压模具通过模具紧固环同轴装夹，模具紧固环由固定环抬起架夹持固定；4）内旋压成形，内旋压轮沿控制轨迹在钢圈毛坯的内表面相切滚动挤压钢圈毛坯的内径，转盘转速1000~1200 r/min，直到钢圈毛坯与模具型腔内壁贴合，制品成型，旋压过程中循环冷却，冷却水工作压力2~3bar，水温10~30℃，流量450~660l/min；5）取下钢圈，操作上液压杆将固定环抬起架提起，操作下液压杆将内旋压模具向上顶起，内旋压模具向外径方向像花瓣样裂开，钢圈半成品即可取下；6）表面修整，将钢圈半成品固定在车床上，切削其两端满足成品尺寸和必要的坡口，外表面抛光加工至少2次，在主轴转速1300 r/min下抛光内表面，至表面光洁度满足要求。
所述步骤1）中钢圈毛坯的厚度大于钢圈成品最厚处2~12mm。
在所述步骤2）中对钢圈毛坯进行预加工时，还包括检测钢圈毛坯尺寸的步骤，若钢圈毛坯的内径尺寸大于钢圈成品内径，则钢圈报废不进行下一步操作。
所述钢圈为工程钢圈中的固定座圈、活动座圈、挡圈、挡座圈中的任一种。
所述钢圈的规格直径15～33英寸，高度1.5～19.5英寸。
所述内旋压模具的结构包括型腔组件、底座、转盘、固定环抬起架、上液压杆、下液压杆和模具紧固环，转盘向上依次设有底座和型腔组件，型腔组件为4~12件，绕圆周均匀分布，型腔组件底部与底座之间通过向外周倾斜的插槽定位连接，插槽底部开口处对应设置下液压杆的活塞端，下液压杆垂直连接于转盘下方的机台上；所述固定环抬起架设于型腔组件的上方，包括架体、模具紧固环和从动轴承，架体顶部与3~6个上液压杆垂直连接，上液压杆的顶部与设备横梁相连接，架体底部绕圆周均匀设置4~12个从动轴承，从动轴承的外缘与模具紧固环的外表面滑动配合，所述模具紧固环的内径与型腔组件的外径上的止口相匹配。
所述步骤4）中内旋压成形过程中，毛坯厚度减薄量占毛坯厚度的5~50%。
所述内旋压轮的运行轨迹在数控程序下可设定，两个内旋压轮在180度角的位置，旋转方向相同，镜向移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）以多种规格的无缝钢管为原材料，无需焊接，钢圈零部件强度更高。2）可以实现小批量、多批次生产，满足客户个性化需要。3）开发费用主要是旋压机的芯模和旋轮，开发费用相比传统工艺要节约。4）旋压属于冷加工，相比热轧和热弯比较节能环保。5）工程钢圈零部件强度高，未来可以实现轻量化，迎合市场发展潮流。6）实现冷压下的金属流动，把厚钢板旋压成不等厚的钢板，代替机加车削工艺，车削掉大量铁屑，造成材料浪费。7）冷加工有利于实现金属材料表面硬度强化，提高零部件的机械性能。8）成型模具在外侧，并且是等分后重新组合在一起的，工件旋压成型后，模具瓣状分开，方便钢圈成品工件脱模，从根本上克服了传统外旋成型，复杂载面工件无法脱开芯模的缺陷。9）由于本发明是内旋扩径，有一些产品，可以比传统外旋减少一道扩口翻边的工序。10）由于本发明是内旋扩径，毛坯外侧与模具贴合，可以在模具上切削凹槽，实现旋压过程中，毛坯外表面向凹槽内流动，形成防滑纹，普通工艺旋轮在外侧是无法实现旋压出防滑纹的。
附图说明
图1是本发明实施例制造方法步骤流程图；
图2是本发明某挡圈产品实施例结构示意图；
图3是图2产品的横截面渐变示意图；
图4是本发明实施例用内旋压模具结构分解示意图；
图5是本发明实施例内旋压成形就位状态示意图；
图6是本发明实施例内旋压成形加工状态示意图；
图7是本发明实施例内旋压成形脱模状态示意图。
图中：1-型腔组件，2-底座，3-转盘，4-固定环抬起架，5-上液压杆，6-下液压杆，7-模具紧固环，8-从动轴承，9-插槽，10-机台，11-架体，12-内旋压轮，13-螺栓，14-钢圈毛坯。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
以下实施例中，钢圈可为工程钢圈中的固定座圈、活动座圈、挡圈、挡座圈中的任一种。钢圈的规格直径15～33英寸，高度1.5～19.5英寸。
见图1，是本发明一种工程钢圈零部件的制造方法步骤流程图，包括毛坯下料、预加工、装夹固定、内旋压成形、取下钢圈和表面修整等步骤，具体操作如下：
1）毛坯下料，采用无缝钢管经切割，得到钢圈毛坯，钢管的外径与钢圈成品最小外径处相一致，钢圈毛坯的厚度大于钢圈成品最厚处5mm；
2）预加工，对钢圈毛坯的底端外径进行预加工，以使钢圈毛坯与分块组合式内旋压模具内径配合定位；预加工时，还包括对钢圈毛坯进行检测钢圈毛坯尺寸的步骤，若钢圈毛坯的内径尺寸大于钢圈成品内径，则钢圈报废不进行下一步操作。
3）装夹固定，将钢圈毛坯与内旋压模具通过模具紧固环同轴装夹，模具紧固环由固定环抬起架夹持固定；
4）内旋压成形，内旋压轮沿控制轨迹在钢圈毛坯的内表面相切滚动挤压钢圈毛坯的内径，转盘转速1150 r/min，直到钢圈毛坯与模具型腔内壁贴合，制品成型，旋压过程中循环冷却，冷却水工作压力2.5bar，水温25℃，流量600l/min；内旋压成形过程中，毛坯厚度减薄量最大处占毛坯厚度的20%。
5）取下钢圈，操作上液压杆将固定环抬起架提起，操作下液压杆将内旋压模具向上顶起，内旋压模具向外径方向像花瓣样裂开，钢圈半成品即可取下；
6）表面修整，将钢圈半成品固定在车床上，切削其两端满足成品尺寸和必要的坡口，外表面抛光加工3次，在主轴转速1300 r/min下抛光内表面，至表面光洁度满足要求。表面修整所用工具包括车刀、切刀、碾轮、光刀中的任一种。
步骤5）和6）加工方法属于常规加工手段。
见图2-3，是本发明实施例某挡圈产品结构示意图，其内径D1为24英吋，外径D2为28英吋。对应毛坯用无缝钢管规格为635×12mm，下料长度为120mm。图中双点划线显示的是毛坯下料图。
见图4，是本发明实施例用内旋压模具结构示意图，结构包括型腔组件1、底座2、转盘3、固定环抬起架4、上液压杆5、下液压杆6和模具紧固环7，转盘3向上依次设有底座2和型腔组件1，型腔组件1为4~12件，绕圆周均匀分布，型腔组件1底部与底座2之间通过向外周倾斜的插槽9定位连接，插槽9底部开口处对应设置下液压杆6的活塞端，下液压杆6垂直连接于转盘3下方的机台10上；固定环抬起架4设于型腔组件1的上方，包括架体11、模具紧固环7和从动轴承8，架体11顶部与3~6个上液压杆5垂直连接，上液压杆5的顶部与设备横梁相连接，架体11底部绕圆周均匀设置4~12个从动轴承8，从动轴承8的外缘与模具紧固环7的外表面滑动配合，模具紧固环7的内径与型腔组件1的外径上的止口相匹配。内旋压轮12的运行轨迹在数控程序下可设定，两个内旋压轮12在180度角的位置，旋转方向相同，镜向移动。
见图5-7，是本发明实施例内旋压成形状态示意图，本发明实施例操作时，固定环抬起架4向上拉，将模具紧固环7抬起，机台10上的下液压杆6顶起，型腔组件1象花瓣状分开，将钢圈毛坯14置于型腔组件1中心，下液压杆6下移，型腔组件1沿插槽9滑动下移合拢成一个圆环，上液压杆5向下移压紧模具紧固环7，型腔组件1紧固连接，钢圈毛坯14与型腔组件1紧固贴合，内旋压轮12左右分开贴合钢圈毛坯，转盘3带动型腔组件1和钢圈毛坯旋转，内旋压轮12按数控程序沿钢圈的内表面上下移动，旋压，钢圈逐渐成型，转盘停止旋转，固定环抬起架上移抬起模具紧固环，下液压杆6顶起，型腔组件1分开，钢圈半成品成功脱模取出。后续按常规手段对钢圈半成品做表面修整，即得工程钢圈产品。
以上所述实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制本发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，包括毛坯下料、预加工、装夹固定、内旋压成形、取下钢圈和表面修整等步骤，具体操作如下：
1）毛坯下料，采用无缝钢管经切割，得到钢圈毛坯，钢管的外径与钢圈成品最小外径处相一致；
2）预加工，对钢圈毛坯的底端外径进行预加工，以使钢圈毛坯与分块组合式内旋压模具内径配合定位；
3）装夹固定，将钢圈毛坯与内旋压模具通过模具紧固环同轴装夹，模具紧固环由固定环抬起架夹持固定；
4）内旋压成形，内旋压轮沿控制轨迹在钢圈毛坯的内表面相切滚动挤压钢圈毛坯的内径，转盘转速1000~1200 r/min，直到钢圈毛坯与模具型腔内壁贴合，制品成型，旋压过程中循环冷却，冷却水工作压力2~3bar，水温10~30℃，流量450~660l/min；
5）取下钢圈，操作上液压杆将固定环抬起架提起，操作下液压杆将内旋压模具向上顶起，内旋压模具向外径方向像花瓣样裂开，钢圈半成品即可取下；
6）表面修整，将钢圈半成品固定在车床上，切削其两端满足成品尺寸和必要的坡口，外表面抛光加工至少2次，在主轴转速1300 r/min下抛光内表面，至表面光洁度满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，所述步骤1）中钢圈毛坯的厚度大于钢圈成品最厚处2~12mm。
3.根据权利要求1所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，在所述步骤2）中对钢圈毛坯进行预加工时，还包括检测钢圈毛坯尺寸的步骤，若钢圈毛坯的内径尺寸大于钢圈成品内径，则钢圈报废不进行下一步操作。
4.根据权利要求1所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，所述钢圈为工程钢圈中的固定座圈、活动座圈、挡圈、挡座圈中的任一种。
5.根据权利要求4所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，所述钢圈的规格直径15～33英寸，高度1.5～19.5英寸。
6.根据权利要求1所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，所述内旋压模具的结构包括型腔组件、底座、转盘、固定环抬起架、上液压杆、下液压杆和模具紧固环，转盘向上依次设有底座和型腔组件，型腔组件为4~12件，绕圆周均匀分布，型腔组件底部与底座之间通过向外周倾斜的插槽定位连接，插槽底部开口处对应设置下液压杆的活塞端，下液压杆垂直连接于转盘下方的机台上；所述固定环抬起架设于型腔组件的上方，包括架体、模具紧固环和从动轴承，架体顶部与3~6个上液压杆垂直连接，上液压杆的顶部与设备横梁相连接，架体底部绕圆周均匀设置4~12个从动轴承，从动轴承的外缘与模具紧固环的外表面滑动配合，所述模具紧固环的内径与型腔组件的外径上的止口相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，所述步骤4）中内旋压成形过程中，毛坯厚度减薄量占毛坯厚度的5~50%。
8.根据权利要求1所述的一种工程钢圈零部件的制造方法，其特征在于，所述内旋压轮的运行轨迹在数控程序下可设定，两个内旋压轮在180度角的位置，旋转方向相同，镜向移动。
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